Основы системного анализа. 1. Понятие Системного анализа
 Скачать 482.81 Kb.
|
|
1. Понятие Системного анализа Наиболее конструктивным из направлений системных исследований в настоящее время считается системный анализ, занимающийся приложением методов и моделей теории систем для принятия решений. Под термином системный анализ, как правило, понимают: - в узком смысле – совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам (как исследование проблемы принятия решений в сложной системе) или логически связанная совокупность теоретических и эмпирических положений из области математики, естественных наук и опыта разработки сложных систем, обеспечивающая повышение обоснованности решения конкретной проблемы; - в широком смысле – как синоним «системного подхода». Следует отметить, что в публикациях термин трактуется неоднозначно. Будем опираться на развернутое определение профессора В.Н. Волковой, на основе обобщения позиций различных исследователей. Системный анализ: 1) применяется в тех случаях, когда задача (проблема) не может быть сразу представлена и решена с помощью формальных и математических методов, т.е. имеет место большая начальная неопределенность проблемной ситуации и многокритериальность задачи; 2) уделяет внимание процессу постановки задачи и использует не только формальные методы, но и методы качественного анализа; 3) опирается на основные понятия теории систем и философские концепции, лежащие в основе исследования общесистемных закономерностей; 4) помогает организовывать процесс коллективного принятия решений, объединения специалистов различных областей знаний; 5) для организации процесса исследования и принятия решений требует обязательной разработки методики системного анализа, определяющей последовательность этапов проведения анализа и метод их выполнения; 6) исследует процессы целеобразования и разработки средств работы с целями (в том числе занимается разработкой методик структуризации целей). Можно выделить три основных этапа системного анализа: · построение модели исследуемого объекта; · постановка задачи исследования; · решение поставленной математической задачи. 2. Определение системы. Задание систем аксиомами Термин «система» используют для характеристики исследуемого или проектируемого объекта как некоторого целого, сложного образования, о котором невозможно сразу дать представление, показав его, изобразив графически или описав математическим выражением. Единого определения системы нет. Существует несколько десятков определений, таких, например, как: - система есть совокупность (множество) элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство; - система есть средство, с помощью которого выполняется процесс решения проблемы; - система – множество объектов вместе с соотношениями между объектами и между их атрибутами (А.Холл, Р. ФЕЙДЖИН); - система – организованное или сложное целое, собрание или сочетание вещей или частей, образующих сложное или единое целое (Ф. Каст); - система есть абстрактный (языковый) аналог реального объекта или явления (А.И. Берг, Ю.И. Черняк); - под целостной системой понимается совокупность компонентов, взаимодействие которых порождает новые (интегральные, системные) качества, не присущие ее образующим (В.Г. Афанасьев); - система – это объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, знаний о природе и обществе (В.П. Боголепов). Вычленяя из многообразия формальных определений суть, можно сделать следующий вывод: система есть некий целостный комплекс взаимосвязанных элементов, объединенных общностью цели и образующих особое единство с окружающей средой. Система обладает новыми интегральными качествами, которые отсутствуют у ее компонентов. При этом нужно учитывать, что: · каждый элемент, входящий в систему, сам по себе может рассматриваться как система, состоящая из элементов другого типа, то есть системы обычно представляют собой иерархическую структуру; · взаимосвязи между элементами системы могут меняться во времени в соответствии с ходом выполнения возложенных на эти элементы функций. Для выделения системы необходимы: объект исследования; цель, для реализации которой формируется система; субъект наблюдения («наблюдатель»), формирующий систему; входные и выходные переменные, отражающие взаимосвязь системы с окружающей средой. Существует также аксиоматическое задание системы, включающее в себя три аксиомы: Аксиома 1. Для системы определены – пространство состояний, в которых может находиться система и параметрическое пространство, в котором задано поведение системы (в качестве параметрического пространства обычно рассматривают временной интервал). Аксиома 2. Пространство состояний M содержит не менее двух элементов. Аксиома 3. Система обладает свойством функциональной эмерджентности. Обобщая перечисленные подходы к определению системы, будем считать системой совокупность взаимосвязанных элементов, обладающую интегративными свойствами (эмерджентностью), а также способ отображения реальных объектов. Эмерджентность (целостность) – это такое свойство системы S, которое принципиально не сводится к сумме свойств элементов, составляющих систему, и не выводится из них. Модель исходной системы (прототипа) – система, отражающая по определенным законам свойства исходной системы. Представление системы – совокупность базисных множеств (частей, элементов, компонентов) системы, которые взаимосвязаны рядом отношений, удовлетворяющих правилам (аксиомам) сочетания как элементов множеств, так и самих отношений. Это формальное определение системы фактически сводится к определению соответствующей математической модели, то есть содержит необходимую основу для формализации. На разных этапах представления объекта в виде системы, в различных конкретных ситуациях можно пользоваться различными определениями. По мере уточнения представлений о системе должно уточняться и определение системы. Например, в организационных системах, если не определить лицо, компетентное принимать решения, то можно и не достичь цели, ради которой создается и исследуется система. Но есть системы, для которых наблюдатель очевиден. Таким образом, при проведении системного анализа нужно отобразить ситуацию, с помощью как можно более полного определения системы, а затем, выделив наиболее существенные компоненты, влияющие на принятие решения, сформировать «рабочее определение», которое может расширяться, уточняться или сужаться в зависимости от хода анализа. 3. Свойства систем К основным свойствам системы относят: · взаимосвязь среды и системы; · целостность системы, под которой понимают внутреннее единство системы и принципиальную несводимость ее свойств к сумме свойств ее элементов; · членимость – свойство системы разделяться на подсистемы являясь одновременно подсистемой некоторой другой системы; · устойчивость – способность системы удерживать равновесное (устойчивое) состояние при наличии дестабилизирующих факторов; · информационное взаимодействие элементов системы – определяется наличием каналов связи и материальной наполненностью их носителями информации; · иерархичность – существование в системе нескольких уровней, подчиненных по нисходящей, со своими зонами ответственности, ресурсами и локальными целями; · наличие обратных связей – свойство, предполагающее информационное взаимодействие выхода системы со входом; · эквифинальность – характеристика, отражающая предельные возможности системы, ее способность достигать состояния, которое не зависит от времени и начальных условий, а определяется исключительно параметрами системы. 4. Классификация систем. Принципы системного анализа По характеру природы и основному назначению системы делятся на два класса материальные и абстрактные. Материальные (реальные) системы – это системы, объективно существующие в реальном мире. В свою очередь они также делятся на два класса: 1) естественные – системы самой природы, к которым относятся: - неживые – вид физических систем неорганической природы; - живые – вид биологических систем; 2) искусственные – системы, создаваемые деятельностью людей, среди которых выделяют: - технико-технологические – вид систем, включающий системы целевого назначения и системы, управляющие ими в соответствии с определенной технологией; - социальные – вид различных систем человеческого общества, в том числе системные программы. Абстрактные системы – продукт мышления, то есть результат отражения реальных систем в сознании людей. Среди них различают два класса систем: 1) генерирующие – системы обобщающего отражения реальной действительности, в которых выделяют: - понятийные – вид концептуальных систем (теории, методологические построения, включая математические); - знаковые – как вид семиотических систем. 2) непосредственного отражения – системы, отражающие определенные свойства (аспекты) конкретных реальных систем. В этом классе два вида: - математические модели; - логико-эвристические модели. В рассмотренной классификации многие системы можно назвать гибридными (смешанными), поскольку они занимают промежуточное положение между указанными классами систем. Например, человека можно рассматривать как биосоциальную систему, а вычислительный комплекс как социально-техническую систему.   Существуют и другие подходы к классификации систем, например, по таким признакам, как: - по характеру поведения – детерминированные, вероятностные, игровые; - по степени целеустремленности – открытые и закрытые; - по сложности структуры и поведения – простые и сложные; - по виду научного направления, используемого для их моделирования, - математические, физические, химические и др.; - по степени организованности – хорошо организованные, плохо организованные, самоорганизующиеся. Системный анализ разрабатывает системную методологию решения сложных прикладных проблем, опираясь на принципы системного подхода и общей теории систем, развивая и методологически обобщая концептуальный (идейный) и математический аппарат кибернетики, исследования операций и системотехники. Остановимся на принципах системного анализа. Принцип оптимальности. Задача заключается не в том, чтобы найти решение лучше существующего, а в том, чтобы найти самое лучшее решение из всех возможных. Принцип эмерджентности. Чем больше система и чем больше различие в размерах между частью и целым, тем выше вероятность того, что свойства целого могут сильно отличаться от свойств частей. Не совпадение свойств отдельных частей системы со свойствами системы в целом. Принцип системности. Предполагает исследование объекта, с одной стороны, как единого целого, а с другой – как части более крупной системы, в которой анализируемый объект находится с остальными системами в определенных отношениях. Принцип иерархии. Тип структурных отношений в сложных многоуровневых системах, характеризуемых упорядоченностью, организованностью взаимодействий между отдельными уровнями по вертикали. Соблюдение иерархического построения сложных систем. Принцип интеграции. Направлен на изучение интегративных свойств и закономерностей. Принцип формализации. Нацелен на получение количественных и комплексных характеристик. Продуктивная формулировка базовых целей и задач. Процесс принятия решений должен начинаться с выявления и четкого формулирования конечных целей. Принцип объективности. Суть принципа состоит в том, что любые знания любая информация об изучаемом объекте должна быть объективна. Принцип постоянной коррекции и эмпирического контроля. Принцип единства анализа и синтеза. Принцип приоритета конечной цели. Цели отдельных частей не должны вступать в конфликт с конечными целями всей системы. Перечисленные классические принципы системного анализа, носят, прежде всего, философский характер. Они постоянно развиваются, причем в разных направлениях. 5. Виды проблем, решаемых с помощью системного анализа Согласно классификации, предложенной Саймоном и Ньюэллом, все множество проблем, рассматриваемых в процессе системного анализа, в зависимости от глубины их познания подразделяется на 3 класса: 1. хорошо структурированные или количественно выраженные проблемы, которые поддаются математической формализации и решаются с использованием формальных методов; 2. неструктурированные или качественно выраженные проблемы, которые описываются лишь на содержательном уровне и решаются с использованием неформальных процедур; 3. слабоструктурированные (смешанные проблемы), которые содержат количественные и качественные проблемы, причем качественные, малоизвестные и неопределенные стороны проблем имеют тенденцию доминирования. Эти проблемы решаются на основе комплексного использования формальных методов и неформальных процедур. За основу классификации взята степень структуризации проблем, причем структура всей проблемы определяется 5-ю логическими элементами: 1. цель или ряд целей; 2. альтернативы достижения целей; 3. ресурсы, расходуемые на реализацию альтернатив; 4. модель или ряд моделей; 5. критерий выбора предпочтительной альтернативы. Степень структуризации проблемы определяется тем, насколько хорошо выделены и осознаны указанные элементы проблем. Характерно, что одна и та же проблема может занимать различное место в таблице классификации. В процессе все более глубокого изучения, осмысления и анализа проблема может превратиться из неструктурированной в слабоструктурированную, а затем из слабоструктурированной в структурированную. При этом выбор метода решения проблемы определяется ее местом в таблице (схеме) классификаций.  Рис. 2 — Таблица (схема) классификаций.1. выявление проблемы; 2. постановка проблемы; 3. решение проблемы; 4. неструктурированная проблема (может решаться с помощью эвристических методов); 5. методы экспертных оценок; 6. слабо структурированная проблема; 7. методы системного анализа; 8. хорошо структурированная проблема; 9. методы исследования операций; 10. принятие решения; 11. реализация решения; 12. оценка решения. 6. Принципы решения неструктурированных проблем Для решения проблем этого класса целесообразно использовать методы экспертных оценок. Методы экспертных оценок применяются в тех случаях, когда математическая формализация проблем либо невозможна в силу их новизны и сложности, либо требует больших затрат времени и средств. Общим для всех методов экспертных оценок является обращение к опыту, указанию и интуиции специалистов, выполняющих функции экспертов. Давая ответы на поставленный вопрос, эксперты являются как бы датчиками информации, которая анализируется и обобщается. Можно утверждать, следовательно: если в диапазоне ответов имеется истинный ответ, то совокупность разрозненных мнений может быть эффективно синтезирована в некоторое обобщенное мнение, близкое к реальности. Любой метод экспертных оценок представляет собой совокупность процедур, направленных на получение информации эвристического происхождения и обработку этой информации с помощью математико-статистических методов. Процесс подготовки и проведения экспертизы включает следующие этапы: 1. определение целей экспертизы; 2. формирование группы специалистов-аналитиков; 3. формирование группы экспертов; 4. разработка сценария и процедур экспертизы; 5. сбор и анализ экспертной информации; 6. обработка экспертной информации; 7. анализ результатов экспертизы и принятия решений. При формировании группы экспертов необходимо учитывать их индивидуальные характеристики, которые влияют на результаты экспертизы: · компетентность (уровень профессиональной подготовки); · креативность (творческие способности человека); · конструктивность мышления (не «летать» в облаках); · конформизм (подверженность влиянию авторитета); · отношение к экспертизе; · коллективизм и самокритичность. Методы экспертных оценок применяются достаточно успешно в следующих ситуациях: · выбор целей и тематики научных исследований; · выбор вариантов сложных технических и социально-экономических проектов и программ; · построение и анализ моделей сложных объектов; · построение критериев в задачах векторной оптимизации; · классификация однородных объектов по степени выраженности какого-либо свойства; · оценка качества продукции и новой техники; · принятие решений в задачах управления производством; · перспективное и текущее планирование производства, НИР и ОКР; · научно-техническое и экономическое прогнозирование и т.д. |